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铸铁如何焊接能达到母材强度,看这个方法

这种的在焊接起来还有用吗?看看下面焊接工艺

铸铁的化学成分特点是碳、硅含量高,硫、磷杂质含量高,灰铸铁力学性能特点是强度低,塑性差。由于焊接加工具有冷却速度快,焊件受热不均匀造成较大焊接应力等特殊性,铸铁的成分和性能特点使得铸铁的焊接性较差,表现在焊接接头容易出现白口及淬硬组织、容易产生裂纹。

铸铁焊接常用的方法主要有焊条电弧焊、气焊、CO2气体保护电弧焊、手工电渣焊、气体火焰钎焊以及气体火焰粉末喷焊等。适合本工况的铸铁较成熟的焊接方法是焊条电弧焊,细分为两种类别,一是铸铁的焊条电弧热焊,一是铸铁的焊条电弧冷焊。

电弧热焊在焊接前将焊件加热到600-700℃,并在焊接过程中保持此温度,焊后在炉中缓冷。预热温度在300-400℃左右称为半热焊。电弧热焊焊接接头的致密性好,一般不会产生渗漏现象,但控制变形困难,且只能用于平焊。

电弧冷焊即铸铁件的整体温度不高于200℃时进行的焊修的方法。电弧冷焊变形小且适合全位置焊。

焊材选择

焊条电弧冷焊可供选择的焊接材料有同质焊条、异质焊条、铜基钎料及镍基或铁基喷焊粉,其中,焊条可以分为铁基合金、镍基合金及铜基合金三大类。

镍基焊材:镍是奥氏体形成元素,镍和铁能完全互溶,铁镍合金中镍的质量分数大于30%时,γ相区将扩展到室温,得到硬度较低的单相奥氏体组织。镍还是较强的石墨化元素,且与碳不形成碳化物。镍基焊缝高温下可以溶解较多的碳,随着温度下降,部分过饱和的碳将以石墨形式析出,石墨析出伴随着体积膨胀,有利于降低焊接应力,防止焊接热影响区冷裂纹。镍基焊缝中的镍可以向半熔化区扩散,对缩小白口宽度、改善焊接接头加工性非常有效。因此,尽管镍基铸铁焊接材料价格贵,但在实际工作中仍然应用广泛。本次修补拟采用异质焊接材料EZNi-1(Z308)镍基焊条。

焊接工艺

要获得满足技术要求的铸铁焊接接头,在正确选择焊接材料的基础上,还要制定合适的焊接工艺。焊接工艺内容包括:焊前准备、焊接规范的选择、焊接方向及焊道顺序,以及采取的特殊措施。异质焊缝电弧冷焊工艺要点可以归纳为四句话:“短段断续分散焊,较小电流熔深浅,每段锤击消应力,退火焊道前段软”。

焊前准备是指用机械等方法将缺陷表面清理干净,制备适当大小的坡口等工作。焊补处的油污等脏物可用碱水、汽油刷洗,或用气焊火焰清除。对于裂纹缺陷,可以用肉眼或放大镜观察,必要时采用渗煤油、着色等无损探伤方法检测其两端的终点,在前方3~5mm处钻止裂孔(Φ5~Φ8mm),防止在预热及焊接过程中裂纹向前在扩展。可以用机械方法开坡口,也可以直接用电弧或角磨机等开坡口,应在保证焊接质量的前提下尽量减小坡口角度,减少母材的熔化量。

使用异质焊接材料进行铸铁电弧冷焊时,在保证焊缝金属成形及与母材熔合良好的前提下:

(1)焊接前,采用电动工具将裂缝20mm处油漆清除干净,油污等脏物可用碱水、汽油刷洗,或用气焊火焰清除。用砂轮机沿裂缝方向打磨出双“V”坡口,坡口角度宜小,双面的坡口较为有利。机械法开坡口时要小心加工,防止进一步脆断。坡口形式如下图所示:

(2)焊接时,采用乙炔焰150℃预热10分钟。

(3)尽量用小规格焊条和小规范施焊,并采用短弧焊、短段焊、断续焊、分散焊及焊后立即锤击焊缝等工艺措施。

(4)适当提高焊接速度,不作横向摆动。

(5)注意选择合理的焊接方向及顺序。目的是降低焊接应力,减小半熔化区和热影响区宽度,改善接头的加工性及防止裂纹产生。根据裂缝形状,采用从裂缝中间向两边焊应力会大大减小应力集中,先焊外焊缝再焊内焊缝也可以释放部分应力。

(6)焊后将焊缝修磨平整,焊缝100%进行射线探伤。经探伤合格后补刷油漆。

为了降低铸铁母材对焊缝成分及性能的影响,焊接电流可按照经验公式选择,即:

I=(29~34)d

式中  d――焊条直径(mm)。

采用较低的电弧电压(短弧焊)和较快的焊接速度进行焊接。薄壁铸件散热慢,每次焊接的焊缝长度为10~20mm,厚壁件可增加到30~40mm。为了避免焊补处温升过高、应力增大,可采用断续焊。待焊接区域冷却至不烫手时(50~60℃)再焊接下一段。每焊完一段,趁焊缝金属高温下塑性良好时,立即用较钝的尖头小锤快速锤击焊缝,使之产生明显塑性变形,以松弛焊接应力。

对于结构复杂或厚大灰铸铁件上的缺陷焊补,焊接方向和顺序的合理安排非常重要,应本着从拘束度大的部位向拘束度小的部位焊接的原则。

焊接工艺参数如下表所示:

焊接位置

焊接方法

及焊条直径

焊接工艺参数

焊接电流(A)

电弧电压(V)

焊接速度(m/h)

焊接坡口

手工电弧焊 Φ3.2

手工电弧焊 Φ3.2

手工电弧焊 Φ4.0

手工电弧焊 Φ4.0

手工电弧焊 Φ4.0

补焊灰铸铁时,往往会在半熔化区生成一层白口组织,由于白口组织硬而脆,极难进行焊后组装,这对于焊后需要进行机械组装的焊接接头将带来很大的困难。

预防措施:

(1)减慢焊缝的冷却速度,要做到焊前预热、焊后缓冷,这样可以避免产生白口组织。小工件可用热砂或保温灰覆盖掩埋,大工件则可用石棉布覆盖,若及时放入回火炉更好。结合现场实际情况本次施工拟采用石棉布覆盖保温缓冷2小时。

(2)改变焊缝化学成分,增加焊缝中石墨化元素的含量,可以防止产生白口组织。采用含Mn、Ni焊条可改善焊缝化学成分。

(3)了避免焊补处温升过高、应力增大,可采用断续焊。每焊完一段即用较钝的尖头小锤快速锤击焊缝,使之产生明显塑性变形,以松弛焊接应力。

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